Обзор Apple Fusion Drive: реабилитация «гибридов» / Накопители

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.

Используемые приложения и тесты:

Iometer 1.1.0

Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Используются последовательные операции чтения и записи блоков объёмом 128 Кбайт, выполняемые в два независимых потока. Соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 10 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Чтобы проверить, насколько падает скорость записи на SSD по мере заполнения, мы поэтапно забиваем его случайными данными на блочном уровне и проводим с помощью Iometer тесты произвольной записи блоков по 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 4. Затем на диск посылается команда TRIM (при помощи утилиты diskpart создается и форматируется раздел на весь объем диска) и еще раз измеряется скорость записи.

⇡#Тестовый стенд

Устройства, выбранные для сравнения с Fusion Drive, были протестированы на компьютере с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4590 со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 4 Гбайт RAM DDR3-1600 МГц. Диски с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Накопители с интерфейсом PCI Express устанавливаются в полноскоростной слот PCI Express 3.0 x16. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST).

Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

⇡#Участники тестирования

⇡#Производительность

Последовательные операции чтения и записи, Iometer

По графику видно, что для накопителя с нативным интерфейсом PCIe плата SanDisk, установленная в нашем iMac, звезд с неба не хватает. Скорость последовательного чтения блоков по 256 Кбайт с глубиной очереди в одну команду не превышает показатели добротных SSD для шины SATA 6 Гбит/с. Plextor M6e, построенный на таком же контроллере, демонстрирует гораздо более высокую производительность. Впрочем, обескураживающий результат SanDisk явно связан с короткой очередью команд в данном тесте.

При чтении в четыре команды производительность колоссальная и фактически упирается в предел возможностей используемого контроллера.

А вот плачевный итог теста на скорость записи был предсказуем. Модели емкостью 256 Гбайт, взятые для сравнения, пользуются чередованием четырех NAND-устройств (трех в случае Samsung 850 Pro) на каналах контроллера, а у SanDisk — только двукратное чередование.

Случайные операции чтения и записи, Iometer

Еще один тест, в котором плата SanDisk подвержена влиянию длины очереди команд. При чтении в одну команду на результат смешно смотреть, а при четырех командах в очереди SSD уже не то чтобы очень сильно отстоит от большинства соперников, включая Plextor M6e. Пропускная способность хост-интерфейса тут не имеет решающего значения, поэтому недосягаемым для SanDisk лидером является Samsung 850 Pro.

В тесте на скорость произвольной записи переход к более длинной очереди команд не спасает накопитель SanDisk. Производительность опять весьма скромная.

По скорости произвольного чтения коротких блоков SanDisk хотя и не может сравниться с лидирующими соперниками (коими являются Samsung 850 Pro и Plextor M6 Pro), но по крайней мере не отстает от приличного SSD для шины SATA 6 Гбит/с — OCZ Vector 150. При запросе более крупных блоков накопитель не представляет собой ничего выдающегося, и только с блоками по 256 Кбайт достигает в полной мере конкурентоспособной производительности.

Скорость произвольной записи с достаточно длинной очередью команд опять-таки определяется параллелизмом в конфигурации Flash-памяти. Накопителю объемом 128 Гбайт здесь рассчитывать не на что. Так и вышло: более емкие соперники демонстрируют более чем удвоенную производительность по сравнению с платой SanDisk, особенно если запрашиваются наиболее крупные блоки и, соответственно, силен компонент процедуры считывания данных, а не доступа к ним.

Деградация и восстановление производительности

Обратите внимание, что даже небольшое заполнение (96 Гбайт свободного места) уже сказывается на производительности SSD. Впрочем, в абсолютных значениях разница невелика, и по мере дальнейшей записи скорость не претерпевает больших изменений вплоть до того момента, когда остается всего 8 свободных гигабайт. Затем — предсказуемый коллапс производительности. TRIM работает без нареканий, хотя для полной очистки ячеек нужно подождать (15 минут вполне достаточно).

⇡#Выводы

Как ни крути, а сделать одновременно быстрый, емкий и дешевый гибридный накопитель невозможно (по крайней мере в сегодняшних реалиях). Но если пожертвовать третьей из этих целей, открываются интересные возможности.

Перед покупателями «Маков» стоит выбор между Fusion Drive в конфигурации 128 Гбайт SSD + 1 Тбайт HDD или единственным SSD объемом 256 Гбайт за те же деньги. И по сути, выбор зависит от того, сколько у вас файлов, к которым требуется быстрый доступ. Пользователи, которые не качают ничего крупного или привыкли держать склад на внешних хранилищах, могут никогда и не почувствовать, что в компьютере не «чистый» SSD: пока есть возможность, Fusion Drive не трогает жесткий диск вовсе.

В более сложной ситуации, когда многие гигабайты цифрового скарба лежат на одном томе, подход Apple к гибридному хранилищу более эффективен, чем все, что нам попадалось до этого. Во-первых, мы не теряем в общем объеме массива, поскольку SSD и HDD образуют единое адресное пространство. Во-вторых, миграция между эшелонами весьма агрессивная. Fusion Drive всегда держит свободные 4 Гбайт на SSD, обеспечивая быструю запись новоприбывших файлов. Продвижение файлов с HDD на SSD происходит на раз. Кроме того, система берет в расчет активность как на блочном, так и на файловом уровне, предотвращая засорение SSD разрозненными блоками. В конечном счете даже при активной ротации данные быстро занимают подобающее им место.

В общем, наконец кто-то сделал гибридный накопитель, который не разочаровывает пользователя, вкусившего прелестей полноценного SSD. Единственная претензия: $200 за SSD объемом 128 Гбайт, пусть и на шине PCIe, — это дороговато для 2014 года (хотя именно в российской рознице аналогичный Plextor M6e тоже не найти дешевле 6 тыс. руб.). Кроме того, хотелось бы видеть опцию с SSD на 256 Гбайт. Вот это был бы по-настоящему универсальный вариант, которой бы удовлетворил запрос одновременно на существенный объем высокоскоростной памяти, жесткий диск и ПО, которое берет на себя заботу о распределении файлов.

Отдельно стоит сказать о выборе компонентов для Fusion Drive. К жесткому диску со скоростью вращения шпинделя 5400 об/мин нет претензий — при наличии SSD 7200 об/мин здесь были бы излишними. SSD от SanDisk также не ударил в грязь лицом и в состоянии использовать пропускную способность интерфейса PCIe. Но нельзя не отметить, что конфигурация с 128 Гбайт Flash-памяти сама по себе неизбежно уступает в быстродействии более емким SSD. Кроме того, у прошивки платы SanDisk есть такая особенность, что при слабой нагрузке с короткой очередью команд скорость оказывается довольно посредственной для SSD с шиной PCIe. Возможно, накопитель Samsung, который Apple также применяет в последних «Маках», избавлен от этого недостатка.

← Предыдущая страница